Автоматическая регулировка мощности тока

Автоматическая регулировка мощности тока

Для нормальной работы потребителей электрической энергии необходимо, чтобы значение частоты тока и напряжения соответствовали номинальным или, точнее, не выходили за допустимые пределы. Снижение частоты тока ведет к изменению частоты вращения электродвигателей, увеличению потребления мощности, а поэтому к их перегреву. Кроме того, на многих производствах изменение частоты вращения рабочей машины может самым пагубным образом сказаться на качестве выпускаемой продукции. Частоту тока на электрических станциях автоматически поддерживают на постоянном уровне при помощи регуляторов частоты вращения первичных двигателей.

Отклонение значения напряжения от номинального также приводит к нарушению нормального режима работы приемников энергии у потребителей. Известно, что вращающий момент электродвигателя пропорционален квадрату напряжения. Чтобы двигатель при снижении напряжения продолжал нести нагрузку, должно увеличиться скольжение, то есть уменьшиться частота вращения двигателя. Но при ее падении увеличивается потребляемый электродвигателем ток, что вызывает перегрев электродвигателя. Поэтому на электрических станциях наряду с устройствами регулирования частоты тока предусматривают устройства для регулирования напряжения.

В соответствии с ГОСТом в нормальном режиме работы допускаются отклонения значений частоты тока от номинального в пределах + 0,1 Гц. Временная работа энергосистемы возможна с отклонением частоты ±0,2 Гц. Для изолированно работающих станций мощностью до 100 и до 50 кВт допустимые отклонения частоты тока составляют соответственно +3 и +5 Гц.

Отклонения напряжения на зажимах приборов рабочего освещения, установленных в производственных помещениях и общественных зданиях, где требуется значительное зрительное напряжение, а также в прожекторных установках наружного освещения допускаются в пределах от —2,5 до +5% номинального. На зажимах электродвигателей и пускозащитной аппаратуры допускается отклонение напряжения в диапазоне от —5 до +10% номинального, а на зажимах остальных приемников—на ±5% номинального

В малоответственных сельскохозяйственных установках допустимые отклонения напряжения составляют от +7,5 до —7,5%.

Все рассмотренные выше схемы генераторов предполагают ручное регулирование напряжения, которое не может обеспечить надлежащего и своевременного контроля за изменением нагрузки. Современные синхронные генераторы оборудованы автоматическими устройствами, которые не только регулируют напряжение на зажимах генераторов, но и при необходимости увеличивают возбуждение до максимального значения в момент снижения напряжения (например, при аварийных режимах). Такие устройства называютавтоматическими регуляторами возбуждения (АРВ).

На маломощных сельскохозяйственных станциях устройства АРВ облегчают запуск короткозамкнутых электродвигателей. Они способствуют более быстрому восстановлению напряжения после отключения поврежденных участков электроустановки. Благодаря этому электрические двигатели, которые в момент аварии и понижения напряжения несколько притормозились, восстанавливают номинальную частоту вращения без нарушения технологического процесса — остановки рабочей машины.

Устройства автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов по принципу действия могут быть подразделены на три группы: 1) автоматические регуляторы напряжения; 2) устройства быстродействующей релейной форсировки возбуждения и 3) устройства компаундирования.

Нагрузка на генератор, определяемая числом и мощностью потребителей электроэнергии, постоянно изменяется. Увеличение нагрузки на генератор вызывает уменьшение частоты вращения первичного двигателя, а следовательно, и частоты тока. Наоборот, сброс нагрузки приводит к резкому возрастанию частоты вращения первичного двигателя и, значит, к увеличению частоты тока, в сети.

Для поддержания частоты тока на заданном уровне на электрических анциях устанавливают автоматические регуляторы частоты вращения первичных двигателей. Основным элементом аких устройств служит центробежный маятник, который воспринимает изменение частоты вращения первичного двигателя и через дополнительные устройства воздействует на орган, регулирующий частоту вращения. Регуляторы частоты вращения могут быть прямогоили косвенного действия.

Рисунок 10.9 иллюстрирует принцип работы регулятора прямого действия. При изменении частоты вращения (например, уменьшении) центробежный маятник М изменит свою первоначальную амплитуду (радиус) отклонения (показано

пунктиром) и через рычаг Р воздействует на задвижку 3, регулирующую поступление горючей смеси в цилиндры двигателя. Если нужно изменить нагрузку двигателя при постоянной частоте вращения, регулируют натяжение пружины П.

Регуляторы прямого действия применяют на двигателях малой мощности. Для поворота регулирующих клапанов паровых турбин или лопаток направляющего механизма гидротурбин энергии маятника недостаточно. В этом случае применяют регуляторы косвенного действия. Центробежный маятник воздействует на промежуточный механизм привода регулирующего органа первичного двигателя (серводвигатель).

Для автоматического регулирования напряжения на генераторах сельских электрических станций применяют обычно регуляторы напряжения реостатного, вибрационного и комбинированного типов. Изготавливают также электронные регуляторы.

Среди регуляторов напряжения угольный регулятор — один из самых простых и дешевых, однако область его применения ограничена станциями малых мощностей. Это регулятор прямого действия, так как он воздействует непосредственно на возбуждение возбудителя.

Такой регулятор (рис. 10.10, а) состоит из угольного реостата 4, полупроводникового выпрямителя 1, электромагнита 6 с рычагом 2 и пружиной 5. Угольные столбики реостата набраны из отдельных угольных шайб. Сопротивление этих столбиков зависит от степени сжатия шайб. Чем больше давление на столбики, тем меньше сопротивление реостата (и наоборот). Давление на угольные столбики создается тягой 3 и пружиной 5. Если электромагнит 6 включен, то якорь рычага 2 притягивается к сердечнику электромагнита, пружина 5 натягивается, а тяга 3, поднимаясь, уменьшает степень сжатия угольных шайб. Таким образом, и повышении напряжения в сети возрастает сила притяжения якоря, следовательно, уменьшается степень сжатия шайб в угольном реостате, возрастает его сопротивление и снижается ток в цепи возбуждения возбудителя В. Значение напряжения на зажимах генератора Г уменьшается до номинального.

Если нагрузка на генератор возрастает, напряжение его несколько спадает, сила притяжения электромагнита уменьшается, пружина 5 увеличивает сжатие угольных шайб в столбиках реостата и сопротивление реостата уменьшается. Поэтому усиливается ток возбуждения возбудителя и напряжение на зажимах генератора возрастает до номинального. Угольный реостат типа РУН рассчитан на номинальные напряжения 115 и 230 В.

При параллельной работе генераторов для повышения устойчивости работы агрегатов в схеме включения угольного реостата возбуждения предусматривается специальное устройство (компенсатор реактивной мощности), предупреждающее возрастание реактивной нагрузки при изменении возбуждения. Этой цели служит трансформатор тока ТТ, включенный в фазу В. Вектор напряжения в этой фазе UB сдвинут на угол 90° по отношению к вектору напряжения UAc между фазами А и С (рис. 10.10, б). При cosφ =0, то есть если ток будет сдвинут по отношению к напряжению на 90°, во вторичной цепи трансформатора тока ТТ появится ток I_B, совпадающий по направлению с напряжением U_Ac, питающим селеновый выпрямитель, и угольный реостат возбуждения воспримет это увеличение реактивной мощности как повышение напряжения. Реостат сработает на снижение возбуждения, а следовательно, и уменьшение реактивной мощности.

Стабилизирующий трансформатор СТ предназначен для сглаживания толчков тока и напряжения в момент регулирования напряжения. Этот трансформатор выполняет роль демпфирующего устройства в период регулирования возбуждения.

Кроме угольного реостата типа РУН, применяются реостатные регуляторы с проволочным резистором, имеющим отпайки от отдельных секций. Электромагнит регулятора в зависимости от значения напряжения на зажимах генератора вызывает замыкание или размыкание контактов, которые шунтируют отдельные секции реостата, включенного в обмотку возбуждения возбудителя. Этот реостат рассчитан на ток до 2 А и состоит из десяти секций (ступеней) сопротивлением 3 Ом каждая. Такой регулятор применим для отдельно работающих генераторов мощностью до 60 кВ•А. Использовать их при параллельной работе не рекомендуется, поскольку отсутствует устройство для выравнивания реактивных мощностей. При колебаниях нагрузки от нуля до номинальной напряжение генератора поддерживается на уровне ± 2.5%.

Вибрационные регуляторы напряжения типа АВРН предназначены для генератора мощностью До 60 кВ • А. Точность их регулирования ± 5% при изменении нагрузки от нуля до номинальной и колебаниях частоты тока в пределах ±20%. Комбинированные регуляторы напряжения сочетают в себе особенности регуляторов двух, первых типов.

Автоматическое регулирование частоты и активной мощности

Постоянство частоты тока — основное условие нормальной работы потребителей электроэнергии.

Снижение частоты тока приводит к уменьшению частоты вращения электродвигателей электромеханизмов и к значительному понижению их производительности. Понижение частоты приводит к уменьшению к. п. д. первичных двигателей.

Повышение частоты тока сверх номинальной приводит к возрастанию мощности электродвигателей и к увеличению потребления электроэнергии судовыми механизмами; возрастает также температура нагрева, перегрев электро-двигателей.

Регулирование частоты тесно связано с распределением активной мощности между агрегатами судовой электростанции, так как восстановление частоты в электроэнергетической системе достигается путем изменения активной мощности этих агрегатов.

Устройства автоматического регулирования должны поддерживать постоянство частоты в электроэнергетической системе при экономически наивыгоднейшем распределении нагрузки между агрегатами и обеспечивать высокую надежность работы системы как в нормальных, так и в аварийных режимах.

Структурная схема регулирования.

Причиной изменения частоты вращения является нарушение баланса между суммарной мощностью, вырабатываемой генераторами, и суммарной мощностью, потребляемой приемниками.

Регулирование частоты тока осуществляется регуляторами частоты вращения первичных двигателей и регуляторами частоты тока. Первые непосредственно реагируют на изменение частоты вращения первичного двигателя, а вторые — на изменение тока генератора и его частоты.

Структурная схема системы автоматического регулирования частоты тока и распределения активной мощности (рис. 21.6) включает следующие элементы: измерительный элемент регулятора частоты вращения ИЭРЧВ, реагирующий на отклонение частоты вращения от заданного значения; исполнительный орган регулятора частоты вращения ИОРЧВ; измерительный орган частоты тока (датчик частоты) ДЧ; измерительный орган активного тока (датчик активного тока) ДАТ; усилитель У; серводвигатель СД- исполнительный орган устройства регулирования частоты тока и распределения активной мощности;. первичный двигатель ПД; генератор Г.

При нарушении установившегося режима в системе приходят в действие регуляторы частоты вращения и частоты тока.

В процессе регулирования устанавливается новое значение частоты тока, определяемое статизмом характеристик регулирования.

Регулирование частоты тока и активной мощности генераторов осуществляется воздействием на исполнительный орган регулятора частоты вращения первичного двигателя.

Для регулирования частоты вращения и частоты тока применяются регуляторы с астатической 1 и статической 2 характеристиками (рис. 21.7), выражающими зависимость угловой скорости ω и частоты f от значения активной мощности Р.

При регулировании по астатической характеристике частота в системе остается постоянной независимо от величины нагрузки. Регулирование по статической характеристике дает возможность получить заданное распределение активной нагрузки между генераторами, но при этом с увеличением нагрузки частота уменьшается.

Коэффициент статизма характеристики регулирования определяется по формулам:

где ω_x.x, f_x.x— угловая скорость и частота при холостом ходе;

ω_ном , f_ном — угловая скорость и частота при номинальной активной нагрузке генератора.

Регуляторы частоты вращения характеризуются также степенью неравномерности

где n_х.х — частота вращения при холостом ходе;

n_ном— частота вращения при номинальной нагрузке;

n_ср — частота вращения при половинной нагрузке.

Основной способ регулирования частоты вращения — по мгновенному отклонению регулируемого параметра. На этом принципе основаны центробежные регуляторы частоты вращения, широко используемые в судовых электроэнергетических системах.

Устройство регулирования частоты и автоматического распределения активных нагрузок типа УРЧН.

На каждой из генераторных секций ГЭРЩ (рис. 21.8) установлены: датчик активного тока ДАТ и усилитель У; кроме того, на секции генератора Г1 установлен прибор регулирования частоты ПРЧ.

Каждый из датчиков активного тока ДАТ измеряет активную составляющую нагрузки своего генератора. Датчики активного тока через блокирующие контакты генераторных выключателей соединены по дифференциальной схеме. Разностный ток их выходов протекает по обмоткам управления всех магнитных усилителей устройства. Выбор балластного агрегата (т. е. агрегата, регулировочная характеристика которого в процессе распределения остается фиксированной) осуществляется путем выключения питания усилителя выбранного агрегата. Выход каждого усилителя включен на обмотку управления двигателя регулятора частям вращения агрегата.

Устройство типа УРЧН, включенное в систему, работает следующим образом. При равенстве значений активных нагрузок генераторов выходные токи датчиков активного тока равны, ток в цепи дифференциальной связи между датчиками отсутствует, напряжения на выходах усилителей равны нулю и двигатели регуляторов частоты вращения не работают.

При рассогласовании значений активных нагрузок агрегатов в цепи дифференциальной связи протекает ток, определяемый значением разности выходных токов датчиков ДАТ; на выходах усилителей появляется напряжение, полярность которого определяется направлением тока в обмотке управления усилителя У. Включенные к выходам усилителей серводвигатели СД в зависимости от полярности сигналов воздействуют на настройки регуляторов частоты вращения РЧВ, которые соответственно перемещают регулировочные характеристики регуляторов частоты вращения агрегатов в сторону уменьшения величины рассогласования активных нагрузок, чем достигается пропорциональное распределение активной мощности между генераторами.

Схемы уравнительных связей при параллельной работе синхронных генераторов.

Уравнительные связи применяются для равномерного распределения реактивных нагрузок между параллельно работающими синхронными генераторами, имеющими автоматическую систему регулирования напряжения.

Уравнительные связи осуществляют на постоянном и на переменном токе.

Принцип осуществления уравнительных связей на постоянном токе является единым для всех систем регулирования. В этом случае силовые выпрямители параллельно работающих генераторов по существу в свою очередь работают параллельно на общие шины, от которых при одинаковом напряжении питаются обмотки возбуждения генераторов. Если генераторы разной мощности, то в обмотку возбуждения генератора меньшей мощности включается соответствующий уравнительный резистор.

Схемы уравнительных связей на переменном токе для различных систем регулирования имеют специфические особенности.

Регуляторы мощности

Для получения консультаций по вопросам выбора и поставки регуляторов мощности обратитесь, пожалуйста, к нашим специалистам по телефону +7 (495) 510-11-04 или просто нажмите кнопку ЗАКАЗАТЬ.

• Описание
• Техническая документация

Трехфазный тиристорный регулятор мощности RP3 рассчитан для систем автоматической регулировки температуры в различных электронагревательных установках.

1673.2 КB

Цены на это наименование доступны по запросу.

• Описание
• Техническая документация

Регулятор мощности тиристорный 450 А — RP3-68 служит для регулирования мощности посредством подключения в определенном режиме цепи нагрузки к источнику напряжения. Используется в цепях с активной или активно-индуктивной нагрузкой.

439.8 КB 1673.2 КB 890.8 КB

Цены на это наименование доступны по запросу.

• Описание
• Техническая документация

Регулятор мощности однофазный RP1 предназначен для систем автоматического регулирования температуры в различных электронагревательных установках.

211.7 КB 1862.1 КB 399.7 КB

Цены на это наименование доступны по запросу.

• Описание
• Техническая документация

RP7 Регулятор мощности электронагревателя, скорости электродвигателя применяется для управления питанием резистивных и резистивно-индуктивных приборов и для управления скоростью вращения однофазных асинхронных двигателей или коллекторных двигателей с небольшими нагрузками.

102.4 КB 670.8 КB 259.9 КB

Цены на это наименование доступны по запросу.

Регулятор мощности – особое устройство, позволяющее менять выходные мощности тока, самым снижая расход энергии на заданный узел или конкретный прибор. Приборы представляют собой полупроводниковые реле с тиристорным и триггерным управлением.

С помощью специальных перемычек регулятор мощности «получает» характеристики входного сигнала: его тип, величину, параметры управления и конфигурацию нагрузки. Непосредственно преобразование мощности производится аналоговым или импульсным сигналом.

Сфера применения

Регулятор требуется для быстрого изменения мощности питания приборов с нелинейной зависимостью продуктивности от использования потенциала. Среди них наибольшее распространение имеют:

• электронагреватели;
• двигатели;
• системы освещения;
• сварочные аппараты.

Управляющие устройства получили широкую популярность во всех отраслях промышленности. Регулятор мощности имеется в каждой сталеплавильне, стекольном цеху, в обработки полимеров, сушильных машинах и прессах.

Дополнительный функционал устройств

Кроме непосредственно изменения мощности, устройство опционально обладает дополнительными возможностями, упрощающими его работу. Например, функция «мягкого» старта позволяет уменьшить амортизацию двигателя, одновременно делая регулятор более эргономичным в использовании.

Кроме повышения удобства это увеличивает степень безопасности. Регулятор мощности обладает такими функциями, как:

• Оповещения о перегрузках и неисправности предохранителей.
• Мониторинг чередования фаз, тока в цепи и других показателей.
• Установление ограничений нагрузки.

Отдельные модели комплектуются опциями релейных выходов, возможностью управления начальным углом переключения мощности. Также в большинстве присутствует механизм внешнего запрета переключений триггера.

Выбор модели

Регулятор мощности может быть автономным или предназначенным для работы в связке с суб-контроллерами. Подключение при этом может быть как цифровым, так и аналоговым.

В зависимости от лимита мощности, регулятор может колебаться в диапазоне от пары десятков миллиампер до колоссальной силы тока, характерной для тяжелого оборудования.

Именно этот параметр определяет, может ли регулятор использоваться в конкретной ситуации. Разумеется, у большинства регуляторов имеется система защиты, и сигнализаторная световая индикация. Регулятор мощности может самостоятельно сообщать о:

• неправильном подключении;
• превышении вводной мощности;
• неисправности предохранителей;
• перегреве и других поломках.

Но это позволит уберечь регулятор от кратковременных повреждений, не сделает его пригодным к долгосрочному использованию при несовместимости. Поэтому выбирать устройство нужно в команде с техническим экспертом.

Автоматический регулятор оборотов для мини-дрели.

При работе с выводными компонентами приходится изготавливать печатные платы с отверстиями, это, пожалуй, одна из самых приятных частей работы, и, казалось бы, самая простая. Однако, очень часто при работе микродрель приходится то отложить в сторону, то снова взять ее в руки, чтобы продолжить работу. Микродрель лежащая на столе во включенном состоянии создает довольно много шума из-за вибрации, к тому же она может слететь со стола, а зачастую и двигатели прилично нагреваются при работе на полную мощность. Опять же, из-за вибрации довольно трудно точно прицеливаться при засверливании отверстия и нередко бывает так, что сверло может соскользнуть с платы и проделать борозду на соседних дорожках.

Решение проблемы напрашивается следующее: нужно сделать так, чтобы микродрель имела маленькие обороты на холостом режиме, а при нагрузке частота вращения сверла увеличивалась. Таким образом, нужно реализовать следующий алгоритм работы: без нагрузки – патрон крутится медленно, свело попало в кернение — обороты возросли, прошло насквозь – обороты снова упали. Самое главное, что это очень удобно, во-вторых двигатель работает в облегченном режиме, с меньшим нагревом и износом щеток.

Ниже приведена схема такого автоматического регулятора оборотов, обнаруженная в интернете и немного доработанная для расширения функционала:

После сборки и тестирования выяснилось, что под каждый двигатель приходится подбирать новые номиналы элементов, что совершенно неудобно. Также добавили разрядный резистор (R4) для конденсатора, т.к. выяснилось, что после отключения питания, а особенно при отключённой нагрузке, он разряжается довольно долго. Изменённая схема пробрела следующий вид:

Автоматический регулятор оборотов работает следующим образом — на холостых оборотах сверло вращается со скоростью 15-20 оборотов/мин., как только сверло касается заготовки для сверления, обороты двигателя увеличиваются до максимальных. Когда отверстие просверлено и нагрузка на двигатель ослабевает, обороты вновь падают до 15-20 оборотов/мин.

Собранное устройство выглядит следующим образом:

На вход подается напряжение от 12 до 35 вольт, к выходу подключается микродрель, после чего резистором R3 выставляется требуемая частота вращения на холостом ходу и можно приступать к работе. Здесь следует отметить, что для разных двигателей регулировка будет отличаться, т.к. в нашей версии схемы был упразднен резистор, который требовалось подбирать для установки порога увеличения оборотов.

Транзистор Т1 желательно размещать на радиаторе, т.к. при использовании двигателя большой мощности он может довольно сильно нагреваться.

Ёмкость конденсатора C1 влияет на время задержки включения и отключения высоких оборотов и требует увеличения если двигатель работает рывками.

Самым важным в схеме является номинал резистора R1, от него зависит чувствительность схемы к нагрузке и общая стабильность работы, к тому же через него протекает почти весь ток, потребляемый двигателем, поэтому он должен быть достаточно мощным. В нашем случае мы сделали его составным, из двух одноваттных резисторов.

Печатная плата регулятора имеет размеры 40 х 30 мм и выглядит следующим образом:

Скачать рисунок платы в формате PDF для ЛУТ: «скачать» (При печати указывайте масштаб 100%).

Весь процесс изготовления и сборки регулятора для минидрели занимает около часа.

После травления платы и очистки дорожек от защитного покрытия (фоторезиста или тонера, в зависимости от выбранного метода изготовления платы) необходимо засверлить в плате отверстия под компоненты (обратите внимание на размеры выводов различных элементов).

Сверлить отверстия рекомендуется со стороны дорожек, а для того, чтобы компоненты было легче устанавливать – со стороны деталей все отверстия необходимо немного раззенковать сверлом большего диаметра (3-4 мм).

Затем дорожки и контактные площадки покрываются флюсом, что очень удобно делать при помощи флюс-аппликатора, при этом достаточно флюса СКФ или раствора канифоли в спирте.

После лужения платы расставляем и припаиваем компоненты. Автоматический регулятор оборотов для микродрели готов к эксплуатации.

Данное устройство было проверено с несколькими видами двигателей, парой китайских различной мощности, и парой отечественных, серии ДПР и ДПМ – со всеми типами двигателей регулятор работает корректно после подстройки переменным резистором. Важным условием является чтобы он был в хорошем состоянии, т.к. плохой контакт щеток с коллектором двигателя может вызывать странное поведение схемы и работу двигателя рывками. На двигатель желательно установить искрогасящие конденсаторы и установить диод для защиты схемы от обратного тока при отключении питания.